CN103258957A - 一种有机阻变存储器及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种有机阻变存储器及其制备方法。所述器件以硅为衬底，器件单元为MIM电容结构，采用上下层状结构，该MIM结构的顶电极为Al，底电极为ITO，中间功能层为聚对二甲苯，其特征是，功能层的聚对二甲苯层分多次进行淀积，每两次聚对二甲苯的淀积之间进行一次Al2O3的ALD淀积，通过控制Al2O3淀积面积来形成有利于导电通道形成的薄弱区域，从而控制器件的电学特性。采用本发明，在不改变器件基本结构的条件下，有效地提高了器件的重复操作的一致性和不同器件之间的一致性。

Description

一种有机阻变存储器及制备方法
技术领域
本发明属于有机电子学(organic electronics)和CMOS混合集成电路技术领域，具体涉及一种有机阻变存储器(organic resistive random access memory)的一致性优化结构及其制备方法。
背景技术
近年来，阻变存储器在集成电路领域得到了广泛的关注，阻变存储器属于非易失性存储器，非易失性存储器在当前市场上的份额主要被闪存(flash)所占据。随着集成电路的进一步发展，阻变存储器在尺寸缩小、操作电压等方面的优势使之成为了新一代存储器中的有力竞争者。阻变存储器的基本原理在于，存储器结构所体现出的电阻在外加电压或者电流的激励下可以在高阻态(“0”状态)和低阻态(“1”状态)之间实现可逆的转换，从而实现数据的存储。而在阻变存储器材料的选择中，有机材料体现了巨大的优势。有机材料种类丰富，合成、制备工艺简单，成本低。同时，有机材料可以用于实现如透明纸张(e-paper)，电子显示(OLED)等透明电子系统。
有机阻变存储器的一致性一直是一个重要的研究方向。
发明内容
本发明提出了一种基于聚对二甲苯的提高器件一致性的有机阻变存储器及其制备方法。
本发明提出了一种改进的阻变存储器结构来提升器件的一致性。器件的中间功能层采用具有优良阻变特性的聚对二甲苯(parylene)，其阻变过程的电流-电压(I-V)特性曲线如图1所示。图中1-器件在正向电压的激励下由高阻态向低阻态的跃变过程；2-低阻态保持过程；3-器件在负向电压的激励下由低阻态向高阻态的跃变过程；4-高阻态保持过程。使器件的下电极接地，则上电极的电压可以控制存储器的阻值，使其发生高阻和低阻之间的转换，即存储器“0”，“1”两个状态之间的转换。
本发明的技术方案如下：
一种有机阻变存储器，可以制备在硅衬底上，器件单元为MIM电容结构，采用上下层状结构，该MIM结构的顶电极为Al，底电极为ITO(氧化铟锡)，中间功能层为聚对二甲苯。该器件的特征在于，功能层的聚对二甲苯层分多次进行淀积，每两次聚对二甲苯的淀积之间进行一次Al2O3的ALD淀积(即原子层淀积)。通过控制Al2O3淀积面积来形成有利于导电通道形成的薄弱区域，从而控制器件的电学特性。
所述作为功能层的聚对二甲苯层厚度为20nm到80nm之间。
所述顶电极为Al，厚度在200-500nm之间。
所述底电极为ITO，厚度在200-500nm之间。
所述Al2O3厚度在1-3nm，图形面积在100nm×100nm到1um×1um之间。
所述聚对二甲苯的聚合物为聚对二甲苯C型、聚对二甲苯N型或聚对二甲苯D型。
本发明同时提供一种有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：
1)在Si衬底上生长ITO作为底电极，该底层电极采用物理气相淀积(PVD)方法形成，厚度在200nm到500nm之间，并采用标准光刻技术使下电极图形化；
2)利用电子束光刻，在底电极ITO上形成光刻胶图形，利用原子层淀积(ALD)技术生长1nm-3nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形；
3)利用Polymer CVD技术生长第一层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层。淀积采用聚对二甲苯Polymer CVD设备，工艺选用设备的标准参数，层厚度为20nm，淀积速度在1nm/min至10nm/min之间；
4)再次利用电子束光刻，在第一层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层上形成光刻胶图形，利用原子层淀积(ALD)技术生长1nm-3nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形；
5)利用Polymer CVD技术生长第二层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层。淀积采用聚对二甲苯Polymer CVD设备，工艺选用设备的标准参数，层厚度为20nm，淀积速度在1nm/min至10nm/min之间；
6)再次利用电子束光刻，在第二层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层上形成光刻胶图形，利用原子层淀积(ALD)技术生长1nm-3nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形；
7)通过光刻，RIE刻蚀定义底层电极引出通孔；
8)采用PVD工艺溅射Al，厚度在200nm至500nm之间，通过常规工艺的光刻、剥离定义顶层电极，同时将底电极引出。
本发明的有益效果：在不改变器件基本结构的条件下，有效地提高了器件的重复操作的一致性和不同器件之间的一致性。
附图说明
图1本发明所述器件的阻变过程的电流-电压特性曲线示意图。
图2-图9对应于实施例的实施步骤。
图10为图2-9的图例说明。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细描述：
实施例1：
1)在Si衬底上利用PVD方法生长ITO作为底电极，厚度为200nm到500nm之间，并采用标准光刻技术使下电极图形化，如图2所示；
2)利用电子束光刻形成光刻胶图形，利用ALD生长1nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形，如图3所示；
3)利用Polymer CVD技术生长第一层Parylene-C层，如图4，层厚度为20nm；
4)再次利用电子束光刻，在第一层Parylene-C层上形成光刻胶图形，利用ALD生长1nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形，如图5所示；
5)利用Polymer CVD技术生长第二层Parylene-C层，如图6，层厚度为20nm；
6)再次利用电子束光刻，在第二层Parylene-C层上形成光刻胶图形，利用ALD技术生长1nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形，如图7所示；
7)通过光刻，RIE刻蚀定义底层电极引出通孔，如图8所示；
8)采用PVD工艺溅射Al，厚度为200nm，通过常规工艺的光刻、剥离定义顶层电极，同时将底电极引出，如图9所示。

Claims (7)

1.一种有机阻变存储器，以硅为衬底，器件单元为MIM电容结构，采用上下层状结构，该MIM结构的顶电极为Al，底电极为ITO，中间功能层为聚对二甲苯，其特征是，功能层的聚对二甲苯层分多次进行淀积，每两次聚对二甲苯的淀积之间进行一次Al2O3的ALD淀积，通过控制Al2O3淀积面积来形成有利于导电通道形成的薄弱区域，从而控制器件的电学特性。
2.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述作为功能层的聚对二甲苯层厚度为20nm到80nm之间。
3.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述顶电极Al的厚度在200-500nm之间。
4.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述底电极ITO的厚度在200-500nm之间。
5.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述Al2O3厚度在1-3nm，图形面积在100nm×100nm到1um×1um之间。
6.如权利要求1所述的有机阻变存储器，其特征是，所述聚对二甲苯的聚合物为聚对二甲苯C型、聚对二甲苯N型或聚对二甲苯D型。
7.一种有机阻变存储器的制备方法，包括如下步骤：
1)在Si衬底上生长ITO作为底电极，该底层电极采用物理气相淀积(PVD)方法形成，厚度在200nm到500nm之间，并采用标准光刻技术使下电极图形化；
2)利用电子束光刻，在底电极ITO上形成光刻胶图形，利用原子层淀积(ALD)技术生长1nm-3nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形；
3)利用Polymer CVD技术生长第一层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层，淀积采用聚对二甲苯Polymer CVD设备，工艺选用设备的标准参数，层厚度为20nm，淀积速度在1nm/min至10nm/min之间；
4)再次利用电子束光刻，在第一层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层上形成光刻胶图形，利用原子层淀积(ALD)技术生长1nm-3nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形；
5)利用Polymer CVD技术生长第二层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层，淀积采用聚对二甲苯Polymer CVD设备，工艺选用设备的标准参数，层厚度为20nm，淀积速度在1nm/min至10nm/min之间；
6)再次利用电子束光刻，在第二层聚对二甲苯C型(Parylene-C)层上形成光刻胶图形，利用原子层淀积(ALD)技术生长1nm-3nm厚度的Al2O3，并利用剥离工艺形成局部的Al2O3图形；
7)通过光刻，RIE刻蚀定义底层电极引出通孔；
8)采用PVD工艺溅射Al，厚度在200nm至500nm之间，通过常规工艺的光刻、剥离定义顶层电极，同时将底电极引出。
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